将传感器放在海水里能直接测出海洋某个要素的实际数据，用声学方法能在海水里测出附近一些要素的数据，而不用和它接触。可是这些方法应用的范围毕竟是有限的。
海底大地电磁探测仪人造地球卫星发射升空后，沿着一定的轨道环绕地球旋转，每天转很多圈。极轨卫星的轨道通过两极，每次错过一个角度，转几圈后就能覆盖整个地球表面，没有遗漏和空白。卫星可以携带仪器，巡天遥看四大洋，从天上对海洋的一些要素进行遥感，也就是远距离测量。
卫星上通常搭载着光波和电磁波仪器。光波仪器是被动的，本身不发射光信号，只是接收从海面一定的小区域散射回来的太阳光。海面的温度不同，散射的红外光的强度也不同，用光波仪器就能遥感海面的水温。海面浑浊度、污染程度和初级生产力等发生变化，散射的各种波长的光也发生变化。人们把各种波长、不同强度的光的总和叫做光谱，分析接收到的来自海面的光谱就能知道海面的状况。电磁波仪器大部分是主动的，能发射出复杂的电磁波，射到海面上，散射一部分回来，分析散射回来的电磁波就可得到海面要素的数据。少部分电磁波仪器是被动的，只能接收海面的电磁辐射。用电磁波探测海面就像用声波探测海水和海底一样，可以测出海面波浪、海流、海平面的高度、海面的污染、海冰、海面温度、盐度、海面以上风的情况，还能推测海底的轮廓和海底地形。卫星上还有多个通信用的频道，可以将测得的海面各处的各种数据向陆上的基地转发。
2002年5月15日，我国成功发射“海洋一号”卫星。该卫星是我国第一颗用于海洋开发利用的试验型应用卫星。通过对海洋水色要素（叶绿素含量、悬浮泥沙）的探测，为海洋生物资源开发利用、海洋污染监测、防治海岸带资源开发和海洋科学研究等领域服务。
卫星和飞行器上遥感到的数据都有误差。因为光波、电磁波都要穿过变化多端的大气，所以需要将用遥感方法得到的数据与在海面用传感器测出的数据进行对照，得出校准值来校正遥感数据。光不能透过云雾，所以光波仪器还多一重困难，在有云的时候测不到海面的情况。
我国海洋1号卫星用遥感的方法可以“一目十行”地观测海洋，可是测得的数据并不完全反映海面的实际情况，显得比较粗糙。它的优点是有全局观点，测量的效率非常高，几乎能同时测出整个地球海洋不同海域的情况，还能连续不断地测量。如果用调查船在海面上测量，只能测到航线附近海域，而且效率很低，船走到下一个点时上一个点的海况已经变了，得不出同步观测和连续观测的结果，遇到狂风暴雨还不能作业。而在某个固定点进行的观测，虽然能得到连续真实数据，但是只能在有限的点观测。看来这三种办法各有利弊，不能互相代替，就像象棋里的车、马、炮一样，各有各的用途。
海底两万里不是幻想
100年前法国科普作家凡尔纳幻想人能坐在船里潜行两万里，这在当时是难以想象的。可是他的这个幻想今天已经实现了。现在能够在海里潜行的船，除了在战争中攻击敌方舰船的潜艇外，兼有调查研究和工程用途的潜水器也已经发展成一个大家族了。
释放6，000米水下自治机器人声波固然能从海面探测万米深渊，可是声波的波长还是太大，看不清楚海底的细微结构，更不可能从海底采集标本。人需要潜入深渊去直接观察海底，把海底的东西拿到海面上来。海水的巨大压力是人类潜入深海的主要障碍。
早在20世纪60年代，科学家就发明了潜水器。比利时皮卡尔父子研制的“的里雅斯特”号载人潜水器，在西太平洋马里亚纳海沟中的挑战者海渊，用了4小时38分成功地潜到世界最深处，记下了10，916米的深度（后来经过精确测量，这个世界最深的海沟的深度应该是11，033米）。小皮卡尔和美国人沃什操纵这艘潜水器稳当地坐在挑战者海渊底部的软泥上，发现在这万米深渊里仍然有水母、鱼等生物。早年研制的一些潜水器曾屡建奇功。它们考察过大西洋陡峭的海岭，发现海岭上布满了裂谷；探查过红海深处最新的裂缝，看到了海底的热泉；用载人潜水器还找到了沉没在深海里的核潜艇，打捞上来丢失在海底的氢弹。这些潜水器有耐压壳体，像“的里雅斯特”号的载人压力舱是近乎球形的，直径2米，壁厚127毫米，用来抵御1，000个大气压的水压。即使用了这么厚的壳体，潜到10，000米深处时还是被压缩了1.5毫米。潜水器内有电池供电，有自航能力，载人舱里有足够的空气，装有观察窗、声呐、摄影机和简单的机械手，另有一个装有比水轻的液体的浮力舱，还有一些可以抛弃的压载重物，用来控制升降。载人潜水器由人操纵，可以载2～4人。
日本的水下机器人载人潜水器必须考虑人的安全和生存问题，因而成本很高，用作探险工具还可以，在水下工程中广泛使用就不合算了。因此科学家研制了有缆的无人潜水器，或者叫做遥控潜水器，英文简写为ROV。这种潜水器不需要人坐在里面操作，而是从船上遥控。动力装置在船上，通过脐带里的电缆从母船传下操纵的信号，供给电能，使潜水器做各种动作，潜水器看到、摸到的情况变成电信号通过脐带传上来。因为不存在人的生存问题，在潜水器中除了必须防水的仪器放在比较小的耐压壳体里以外，大部分结构、部件都暴露在海水中，水可以自由流动，内外压力平衡，这些结构和部件就不需要设计成笨重的耐压设备了。因此，这种潜水器比载人潜水器轻便、便宜得多，样子更像个雪橇，而不像船。这种潜水器已经普遍用在水下工程中。
有缆潜水器的脐带往往妨碍它的运动，使它不能离母船太远，在水下工作时还得提防脐带缠在什么东西上。用声遥控、遥测来代替脐带，潜水器就摆脱了电缆。这种无缆无人潜水器可以用声信号从母船上操纵它的升降、航行、观测、采样和操作。
随着计算机技术的进一步发展，现在已经实现了潜水器的智能化。潜水器能按预先规划好的程序升降、航行和工作，能躲避偶然出现的障碍物，能根据情况作出简单的判断。这种潜水器叫做自主潜水器，也叫智能机器人。
现在发达国家已经把无人潜水器产业化，生产出各种浅海用的带有各种声学探测仪器、电视摄像机、摄影机、机械手的作业用的无人潜水器，广泛用于近海工程和海岸工程中。
潜水艇在海底美国、日本、法国、俄罗斯在最新技术的基础上又研制了6，000米的深海无人潜水器和载人潜水器，带有多种探测仪器和操作设备，用来调查海底，还用来研究开采深海锰结核和钴结壳的工艺。
我国比发达国家发展潜水器的时间晚了20年。我国的第一艘载人潜水器是1986年研制的潜艇救援艇，能载4人，排水量35吨，最大下潜深度600米，能在水下与潜艇对接。我国也研制了“海人”等浅海潜水器，可以安装遥控调焦的电视摄像机和多功能的机械手，已经用来检查堤坝有没有裂纹，还可以在海洋油气开发中使用。
我国“863高技术计划”支持研制的6，000米无人无缆潜水器的完成，使我国的潜水器研制技术登上了一个新台阶。它能按预先编好的程序航行和工作，自动避开障碍，会自行诊断故障，也能从海面上遥控装有摄像设备、海洋测量仪器、声学导航设备和机械手，它在太平洋C-C区参加过我国的锰结核调查。
深海摄像照相为了研究我们所居住的地球，科学家需要了解地层的结构。由于海洋底下的地层比陆地薄，所以选择在海洋中用深海钻探船钻深孔取岩芯，来研究大洋地壳的组成、结构、成因和历史。由美国等6个发达国家提供经费，“格洛玛·挑战者”号深海钻探船从1968年到1983年在世界各大洋钻了1，092个深孔，获得96，000米岩芯。这艘深海钻探船排水量1万吨，耸立在船中部的钻架高出船的吃水线61米，折叠的钻杆全长6.5千米。船的位置靠声学方法固定，在大洋底部抛下一个声信标，让它发出声脉冲，船底下有4个接收换能器组成阵，分别接收声信标发出的信号，用计算机根据这4个信号控制船相对于海底声信标的位置并保持不变。提起钻杆取出岩芯样品后，再将钻杆放下去时很难保证回到原来的井口位置。除了用声信标定位外，还在井口上套上漏斗，钻杆只要碰到漏斗，就能滑进井口的孔中。这种装置叫做重返井口裝置。“格洛玛·挑战者”号获得的资料证实了板块理论，探明了地层的结构。